2025年2期 - 电子元件与材料

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制备皱纹状介孔C-mSiO2/CeO2复合磨料及其SiO2 CMP的应用
作者王东伟, 王胜利, 杨云点, 等.
来源电子元件与材料, 2025, 44(2): 231-236. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1507
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为了提高集成电路层间介质化学机械抛光(CMP)的去除速率并改善表面质量,先采用微乳液法制备皱纹状介孔SiO₂,之后用化学沉积法包覆CeO₂,成功制得皱纹状C-mSiO₂/CeO₂芯/壳复合磨料,并以此配置抛光液,对SiO₂层间介质进行CMP实验。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对C-mSiO₂/CeO₂芯/壳复合磨料的结构、形貌进行表征,证明其具有完整包覆的壳核结构。利用粒径分析仪测量其平均粒径为241.4nm,Zeta电位为-29.93mV。CMP实验表明,采用质量分数1%、粒径约200nm的C-mSiO₂/CeO₂复合磨料对氧化硅镀膜片进行抛光,其去除速率达到112.1nm/min,比同样条件下CeO₂磨料的CMP速率提高128%。通过AFM表征可知,抛光后的氧化硅镀膜片表面粗糙度约

基于缝隙耦合的三频带圆极化贴片天线
作者王树奇, 陈家乐.
来源电子元件与材料, 2025, 44(2): 223-230. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1286
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针对通感一体化技术(ISAC)中WIFI通信对多频带、圆极化的需求,提出一种基于缝隙耦合的三频带圆极化贴片天线。通过对矩形贴片天线进行切角处理,实现2.4GHz频带圆极化辐射,利用贴片和地板上的对称耦合缝隙槽,新增5.2和5.8GHz两个频带辐射谐振频点,有效拓宽天线的阻抗带宽(IBW)。设计2×2相移旋转馈电天线阵列,利用馈电相位依次滞后90°,有效拓宽天线的轴比带宽(ARBW),天线最佳优化尺寸为78.7mm×78.7mm×1.6mm。仿真和测量结果表明,天线的阻抗带宽分别为2.4~2.6,5.17~5.35和5.72~5.85GHz,3dB圆极化轴比带宽分别为2.38~2.82,5~5.5和5.6~6GHz,峰值增益分别达到2.4,2和2.88dBi。该三频带圆极化天线具有结构简单、剖面低和尺寸小等优点,可应用于WIFI三频带通信。

一种nA级低功耗、高PSR的基准电压电路
作者李新, 高诗雨, 杨森林.
来源电子元件与材料, 2025, 44(2): 215-222. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1389
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针对传统基准电压电路高功耗和低电源抑制能力的问题,设计了一种可以用于低功耗DC-DC转换器的超低静态功耗基准电压电路。对传统的基准电压结构进行了改进,电路无运放。采用工作在亚阈值区的增强型MOS管和耗尽型MOS管,使基准电压电路的功耗低至nA级,并利用电路中的反馈网络,极大地提高了电源抑制能力。基于东部高科0.18μmBCD工艺在CadenceSpectre下进行仿真。仿真结果表明:基准电压电路在-40~150℃温度范围内,电源电压为5V,输出电压稳定在1.1V;温度系数为9.36×10^-6℃^-1;在低频时电源抑制能力为-79.5dB,静态电流低至285.7nA。

基于光伏高渗透率的分布式光伏组件协同电压控制探讨
作者赵泽渊, 米春泉, 常晓慧, 等.
来源电子元件与材料, 2025, 44(2): 208-214. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1539
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实际电网环境复杂多变,分布式电源出力受不确定因素干扰,导致电压波动与偏差,使分布式光伏组件的发电量难以精准预测,进而影响电压稳定性。因此,提出基于光伏高渗透率的分布式光伏组件协同电压控制方法。收集发电量数据,计算各个分布式光伏组件的渗透率,并将渗透率超30%的光伏组件确定为高渗透率组件。对于高渗透率组件,以电压波动方差为目标函数,运用黑翅鸢优化算法求解目标函数的最优解,得出高渗透率光伏组件的输出功率配置方案。通过PID控制模型计算电压控制量,实现分布式光伏组件协同电压控制。实验结果显示,在本研究方法控制下,两种工况下的电压波动方差曲线均呈现出较低且平稳的态势,电压波动方差均被控制在0.4~0.6V范围内,控制效果较为突出。

基于共晶相变材料的太阳能电池板热管理优化研究
作者王超.
来源电子元件与材料, 2025, 44(2): 201-207. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.0024
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针对太阳能电池高温工况下光电转换效率衰减问题,通过熔融法制备了一种由C₁₆H₃₄O-C₁₆H₃₂O₂与膨胀石墨复合而成的新型共晶相变储能材料,并基于此材料设计了太阳能电池装置。实验结果表明,该共晶相变储能材料的相变潜热较高,达到了182.3kJ/kg;相变温度适宜,为43.2℃,能有效缓冲温度波动。利用该材料制备的太阳能电池板实现22.5%的高光电转换效率,电压输出平均增益0.42V,功率产出平均增益3%。该太阳能电池板优于传统硅基电池板,且在抗老化和环境适应性方面表现卓越。上述结果说明将该材料应用于太阳能电池板热能控制,能有效提高太阳能电池板的电力生产效率和运行可靠性,为太阳能电池板的高效热管理提供新方案。

基于COMSOL的陶瓷电容器中三相点电场模拟研究
作者田恒, 路彭振, 吴业林, 等.
来源电子元件与材料, 2025, 44(2): 192-200. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1373
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在陶瓷电容器中,陶瓷介质、金属电极与封装材料交汇处形成的三相点区域常因材料介电常数的差异产生电场集中现象,显著增加沿面闪络的风险,进而引发电容器的绝缘性能失效。为解决此问题,提出调节封装材料电导率的方法,采用高压半导化复合材料封装电容器,利用COMSOL有限元软件构建电容器双层结构与三明治结构两种物理模型,研究封装模型和高压半导化复合材料电导率对三相点区域电场、场增强因子以及最大电场降低幅度的影响。结果表明:三明治结构模型优于双层结构模型,且高压半导化复合材料距离陶瓷上电极为0.3mm,宽度为2mm,厚度为0.5mm时,三相点区域电场和场增强因子最低,最大电场降低幅度最大。相较于高电阻封装材料,高压半导化复合材料可使三相点区域最大电场降低68.61%,能有效疏散三相点区域积聚的电荷。

基于改进红狐算法的粒子滤波锂电池剩余寿命预测
作者孟冠军, 李国强, 彭裕博.
来源电子元件与材料, 2025, 44(2): 184-191. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1304
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为了进一步提高锂电池剩余寿命预测精度,提出了一种基于主动探测的红狐粒子滤波算法的在线容量估计方法。在标准红狐优化算法的基础上,引入主动搜索策略:采用混沌遍历技术在搜索空间产生探测参考点,在参考点主动探测可行解,从而改善全局搜索能力;再将采样粒子转移到高似然区域中,降低粒子贫化问题。在建立电池容量退化模型中,从放电曲线中提取固定时间(t=2000s)的特征电压作为健康特征,建立基于皮尔逊相关分析的容量模型。最后利用NASA数据集设计对比实验进行验证。同时将该方法与标准粒子滤波算法、无迹粒子滤波算法和扩展粒子滤波算法的预测结果进行对比,本文提出的方法平均误差降低35%以上。结果表明,在锂离子电池退化过程的状态估计场景中,该方法具有较优的准确性和鲁棒性。

小体积片式高压变压器技术研究
作者马涛, 王伟.
来源电子元件与材料, 2025, 44(2): 177-183. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1325
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随着全电子引信技术的快速发展和不断成熟,对系统中元器件的小型化提出了新的要求,以便实现更高的集成度。引信系统升压模块中的高压二极管、高压电容等大部分元器件均实现了片式表贴化,而主流的高压变压器仍然采用绕线式,无法同时满足系统要求的输出电压≥2.5kV、体积≤0.6cm³的要求。本研究采用Maxwell软件进行2D电磁仿真和3D建模,基于LTCC技术,选用高性能低温共烧铁氧体(LTCF)材料及配套浆料,将绕组线圈印刷在多层铁氧体生瓷片上,再进行多层堆叠、共烧,实现变压器的扁平化,大幅压缩体积,成功研制出一款小体积片式高压变压器。搭载反激式DC/DC升压电路,变压器实现最高3.03kV的高压输出,体积减小到0.55cm³的研制目标。本研究成果同样可推广至发动机高压点火、脉冲功率等领域。

具有可移动传输零点的二阶带通滤波器设计方法研究
作者杨秀强.
来源电子元件与材料, 2025, 44(2): 171-176. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1511
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传输零点能够有效地改善带通滤波器的频率选择性和带外抑制。本文提出了一种二阶带通滤波器拓扑结构,具有可移动的传输零点以满足不同的技术需要。文中对带通滤波器中的基本结构建立等效电路,接着根据整体拓扑结构建立了带通滤波器的整体等效电路,清楚地揭示了带通滤波器的物理机制,包括谐振模式和传输零点的产生机理。在建立等效电路过程中,导出了等效电路元件与带通滤波器电参数之间的等效关系式。利用这些关系式可以构造快速设计方法,从而根据带通滤波器技术指标快速计算得到其电参数初始值,大幅缩短设计时间。分别设计了中心频率位于2.0GHz、相对带宽为6%的两款带通滤波器,传输零点分别位于通带一侧,有效地验证了本文所述设计方法。

用于电压检测的交流场耦合激光器件结构设计和研究
作者王朋朋, 谢彪, 史宝冉, 等.
来源电子元件与材料, 2025, 44(2): 165-170. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1024
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电力网络作为现代社会不可缺少的根本设施,其运行的连续性和安全性至关重要。为确保电力网络系统的稳定运行,并推动智能电网的快速发展,对电力网络实施实时监控显得尤为紧要。本研究提出了一种用于电压检测的交流场耦合激光器件。该器件结构为电极/激光二极管/电极,通过将高压线路的状态信息转换为调制的激光脉冲,从而实现高压线路状态的非接触式监测。实验结果表明,所提出激光器件最终结构的输出激光强度波形峰值的最佳线性拟合R²为0.99364,证实了其能够准确地提取高压线路上的实时电压变化。激光器件输出的激光强度波形和高压测试棒的输出波形在时域和频域上均具有显著的相关性,并且能够迅速捕捉到电压变化,实现瞬时响应。作为一种新型的高压线路在线监测装置,这种激光器件结构可以为电网技术的发展提供新的动力。

基于微环谐振器的微型电场与电流传感器设计研究
作者叶升言, 李俊峰, 程亮, 等.
来源电子元件与材料, 2025, 44(2): 157-164. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.0025
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研究基于电光效应和磁热效应原理,设计并优化了基于微环谐振器的微型电场与电流传感器。通过改进光栅耦合器与微环谐振器的配置,实现传感器灵敏度和品质因数的提升。实验结果显示,在直流电场作用下,电场传感器的谐振波长显著红移,品质因数高达5894,消光比为8.05dB。对于电流传感器,在交流电流环境中,其谐振波长的偏移与电流幅度的平方成正比,且不同半径(5,10,15μm)的传感器灵敏度分别为1.735,3.297和5.227nm/A²。研究结果表明,优化后的传感器具备高灵敏度与良好的线性响应特性,在灵敏度、温度稳定性、尺寸集成度以及适用性等方面展现出综合优势,满足多种应用场景的实际需求。

抗应变柔性温度传感器的设计与制造
作者姜涛, 赵娜.
来源电子元件与材料, 2025, 44(2): 152-156. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1388
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针对金属电极柔性温度传感器抗应变能力不足的问题,提出了一种“蛇形”结构设计的抗应变柔性温度传感器,并进行了相应的制造与测试工作。通过温度响应与应变响应的理论分析,详细探讨了柔性温度传感器的温度测量原理以及在应变作用下测试信号的变化规律。随后采用光刻工艺与磁控溅射技术,在聚酰亚胺基底上图形化了金属镍电极,并利用扫描电子显微镜及能谱分析对电极表面微观形貌和元素含量进行了观察与分析。最终,针对所制备的抗应变柔性温度传感器,开展了电阻温度系数测试和抗应变干扰实验。实验结果表明,所设计的柔性温度传感器的电阻温度系数为0.0099/℃,并且在不同应变条件下,传感器均表现出了优异的抗应变能力,同时温度测量结果准确可靠。

圆孔阵列全介质透明超表面的研究
作者杨晓苑, 吕晓龙, 郭云胜.
来源电子元件与材料, 2025, 44(2): 147-151. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1433
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设计了一种圆孔阵列全介质超表面,能够使一定频率入射的电磁波,借助法诺共振抑制多极子散射,从而实现完全透射。针对聚四氟乙烯陶瓷复合基板上的圆孔阵列实验样品开展测试,结果显示:当超表面单元结构的周期、圆孔半径和厚度分别为30,8.5和1.3mm时,入射电磁波在8.48GHz处的透射率为93.89%。透射率的测试与仿真结果基本一致,透射峰出现较小偏移且有所下降,是由于实验样品的加工偏差以及样品材料对电磁波有一定的吸收所致。本文设计的全介质透明超表面结构简单,制作容易,性能可靠,具有良好的应用前景。

一种多层扭曲金字塔型电磁波吸收器
作者陆勤龙, 王林杰, 宾峰.
来源电子元件与材料, 2025, 44(2): 142-146. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1403
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提出了一种多层扭曲金字塔型电磁波吸收器(Multilayer-TwistedPyramidAbsorber,MTPA),通过引入金属方形贴片并调整金属片的排列和旋转角度,在6.95~24.25GHz和26.51~38.81GHz频段内实现了较宽频率的超宽带吸收。与传统金字塔吸收器相比,MTPA不仅可以提高在低频区域内的吸收性能,还可以在26.51~38.81GHz范围内增加另一个吸收频带。为了研究扭曲结构增宽吸收带宽的机理,对该结构的吸收机理进行了模拟研究,并对比分析了在吸收频段内多层扭曲金字塔吸收器与传统吸收器的三阶模式磁场分布情况。研究发现,所提出的MTPA中三阶模式的共振频率远低于传统金字塔吸收器中三阶模式的共振频率,使得三阶模式的共振频率红移并最终与基模的谐振频段相交,从而拓宽了吸收带宽。该研究为超宽带吸收器的设计提供了新的思路和参考。

柔性氧化锌声表面波器件的研究
作者刘兴鹏, 王明宣, 张永杰, 等.
来源电子元件与材料, 2025, 44(2): 135-141. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1338
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为了研究基于柔性衬底的Zno压电薄膜的声表面波谐振器,选择以氟晶云母为衬底,通过磁控溅射技术在柔性云母衬底上优化了ZnO压电薄膜的生长条件,确定了最佳工艺参数:氩氧气体流量比为300∶20,工艺气压为1.0Pa,衬底加热温度为300℃,在该参数下所制备的ZnO的摇摆曲线半高宽为1.7°。通过在ZnO与云母间引入SrTiO₃(STO)热膨胀缓冲层,解决了高温退火导致ZnO薄膜龟裂的问题,成功防止了700℃退火时的龟裂,并且没有影响ZnO的c轴结晶的质量,其摇摆曲线半高宽为2.0°。采用紫外光刻技术并且结合优化后的ZnO薄膜和STO缓冲层,成功制造出ZnO/STO/Mica柔性声表面波谐振器,该谐振器表现出约189MHz的谐振频率。

层间距宽化的MoS2纳米片修饰rGO作为锂硫电池催化材料
作者黄浩洋, 夏艳婷, 许俊.
来源电子元件与材料, 2025, 44(2): 127-134. DOI: 10.14106/j.cnki.1001-2028.2025.1372
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锂硫电池(LSBs)因其高理论比容量和能量密度而备受关注,但是严重的多硫化锂(LiPSs)“穿梭效应”和缓慢的氧化还原动力学限制其商业应用。为解决这一问题,设计一种在还原氧化石墨烯(rGO)表面生长的层间距宽化的二硫化钼纳米片(rGO/IE-MoS₂)材料,并将其用做锂硫电池的中间层涂层材料,以抑制LiPSs的穿梭效应。三维网络结构的rGO和MoS₂纳米片的二维层状结构,增强了材料的电子导电性和Li⁺迁移速率,并提供丰富的催化活性位点,表现出对LiPSs的强吸附性和催化转换能力。碳插层的引入将MoS₂纳米片层间距扩大至1.03nm,有效地降低Li⁺离子的传输势垒。实验结果表明,由rGO/IE-MoS₂/CFP作为中间层组装的电池表现出出色的倍率性能和循环稳定性,在0.1C下表现出1202mAh·g^-1的可逆比容量,在1C下500次循环中

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